Cell Discov | 40Hz闪光通过腺苷信号促进小鼠脑类淋巴流动

撰稿：孙晓婷

校审：NeuExpress_北林

科学问题

类淋巴系统功能障碍是脑损伤或许多神经系统疾病发病过程中的关键因素，因此类淋巴可能是一个有治疗潜力的共同途径。然而，目前类淋巴系统缺乏有效的控制手段，对调节类淋巴神经机制的研究也有限。作者提出40Hz闪光作为一种非侵入性方法促进类淋巴系统并提出腺苷调控类淋巴系统的可能机制。

研究概述

2024年8月6日，温州医科大学眼视光学和视觉科学国家重点实验室眼-脑研究中心陈江帆团队在Cell Discovery上发表题为“40 Hz light flickering facilitates the glymphatic flow via adenosine signaling in mice”的文章。该文发现40 Hz闪光在不依赖麻醉和睡眠的情况下增强了类淋巴系统，这归因于星形胶质细胞水通道蛋白-4（AQP4）的极化和血管慢速运动的增强。腺苷-A2A受体信号被发现是40 Hz闪光引起类淋巴流增强的神经化学基础。

研究背景

研究内容

为了探究40Hz闪光是否可以增强类淋巴，作者首先在小鼠小脑延髓池中注射CSF示踪剂，发现40Hz闪光以频率依赖的方式增强类淋巴的流入（图1 a-d）。然后将示踪剂注射到纹状体，检测1小时后暴露于40Hz闪光的小鼠纹状体中的示踪剂荧光降低（图1i-k），而在深颈淋巴结中的荧光增加（图1l, m），这表明类淋巴流出增加。综上所述，30分钟的40Hz闪光可以有效增强类淋巴流入和流出。

图1. 通过脑脊液荧光示踪技术证实40 Hz闪光增强类淋巴流入和流出

由于麻醉和睡眠-觉醒状态是类淋巴系统的重要影响因素。为了探究40Hz闪光是否通过影响麻醉和/或睡眠来增强类淋巴流动，作者采用清醒小鼠活体双光子显微镜持续监测40Hz闪光对类淋巴的影响。荧光强度的定量分析显示，在这些清醒小鼠中，40Hz闪光在注射示踪剂后的2小时内增加了CSF示踪剂的流入（图2a-d）。因此，40Hz闪光可以在不依赖麻醉和睡眠的情况下增加类淋巴流入。此外，在预先植入小脑延髓池导管的小鼠中进行离体切片荧光示踪，作者发现40Hz闪光仍然增加了类淋巴流入，这进一步证明了这一效果与麻醉和睡眠无关（图2e-h）。

作者进一步使用动态对比增强磁共振成像（DCE-MRI）来检测暴露在正常光或40Hz闪光下的小鼠CSF示踪剂随时间的分布及流速。结果显示暴露于40Hz闪光的小鼠表现出更早的信号强度上升，并且在多个脑区总体信号增强更显著，尤其是在基底前脑、前额叶、上丘和海马区域（图3 c-f）。此外，基底前脑、前额叶和上丘的示踪剂流速明显加快（图3 g-i）。这些结果表明，40Hz闪光增强了类淋巴流入和流速。

由于星形胶质细胞终足上的AQP4的极性对类淋巴是重要的影响因素，作者进一步探究40Hz闪光后AQP4的极性的变化。作者通过免疫荧光染色定量，结果显示40Hz闪光后血管周围的星形胶质细胞AQP4极性显著增加（图4a-c）。此外，40Hz闪光增加了AQP4-M23的基因表达（图4f），并下调了AQP4-M1/M23的比例（图4h）。这些发现支持了40Hz闪光通过增加星形胶质细胞AQP4极性来增强类淋巴流入的假设。在AQP4-KO小鼠中，40Hz闪光未能改变的类淋巴流入（图4j-l），表明40Hz闪光引起的类淋巴流动增强依赖于AQP4的存在。

接下来，作者们试图探讨40Hz闪光增强类淋巴系统的腺苷机制。超高效液相色谱分析显示，在40Hz闪光停止后30分钟，小鼠CSF中的腺苷水平显著增加，然而在核苷转运蛋白-2（ENT2）敲除小鼠中，40Hz闪光诱导的腺苷增加被抑制。作者采用离体切片荧光示踪和在体双光子都证实了ENT2敲除小鼠在40Hz闪光诱导下未表现出类淋巴流入的增加。结果表明ENT2是腺苷外流的分子途径，介导了40Hz闪光诱导的类淋巴流动的增加，这与我们最近的报道一致。此外，在ENT2敲除小鼠中，40Hz闪光后AQP4极性和动脉血管慢速运动的增加效应消失。这些发现表明，40Hz闪光通过ENT2介导胞外腺苷增加，调节AQP4极性和动脉血管慢速运动，从而促进了类淋巴流入。

图6. ENT2 控制的腺苷信号介导了40Hz 闪光对类淋巴流入的增强

腺苷通过作用于腺苷A2A受体（A2AR）和A1受体（A1R）协调适应性反应。为了探究哪种腺苷受体在40Hz闪光增强类淋巴系统的效应中起作用，作者进一步进行了研究。作者首先观察到，40Hz闪光显著增加了全脑中A2AR的蛋白水平（图7a，b），但对A1R没有影响（图7a，c）。在进一步的实验中发现，A2AR敲除的转基因小鼠在40Hz闪光下没有表现出类淋巴流入增加（图7d-f）。鉴于A2AR控制CBF的能力，作者发现在A2AR敲除小鼠中，这种由40Hz闪光引发的CBF增加被消除了（图7g，i）。A2AR-AQP4的相互作用通过培养的皮层星形胶质细胞中免疫共沉淀AQP4和A2AR进一步得到加强（图7n）。

这一研究表明，30分钟的40Hz闪光以频率依赖的方式显著增强了类淋巴的流入和流出，这归因于星形胶质细胞AQP4的极化和血管慢速运动的增强。此外，40Hz闪光通过ENT2介导胞外腺苷增加，作用于A2AR，调节AQP4极性和动脉血管慢速运动，从而促进了类淋巴流入。

图8. 机制示意图

延伸思考

由于类淋巴系统的退化发生在衰老和多种神经系统疾病中，因此该研究的发现确立了40Hz闪光作为一种新型非侵入性策略，腺苷信号作为增强类淋巴流动的重要调节因子，具有将此策略转化为治疗神经系统疾病的潜力，并具有促进睡眠的独特优势，安全性显著且起效迅速。该研究后续需要在疾病模型中进一步评估40Hz闪光通过类淋巴机制清除病理性蛋白的效果，为未来的临床试验提供新的思路和策略。

关于作者

陈江帆，教授，博导。温州医科大学教授；致力于腺苷受体神经生物学和分子药理学特别是腺苷A2A受体在神经精神疾病领域的研究30年；担任美国，奥地利，意大利，荷兰等8个国家科学基金会的评审专家；中国科技部“国家自然科学奖”，教育部“长江学者”和国家自然科学基金会”重大项目评审专家。在Nature Medicine、PNAS、Nature Review Drug Discovery、Molecular Psychiatry等刊物上共发表240多篇论著, 被引用>18000次, H因子为80。

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